ENERGETICKÝ AUDIT V PRŮMYSLU

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta elektrotechnická K13115 Katedra elektroenergetiky ENERGETICKÝ AUDIT V PRŮMYSLU INDUSTRIAL ENERGY AUDIT Vedoucí práce: Ing. Lubomír Musálek Praha 2014 Vypracoval: Vladimír Malý

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem zadanou diplomovou práci zpracoval sám s přispěním vedoucího práce a použil jsem pouze podklady uvedené v přiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu 60 zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon). 5. května 2014... Vladimír Malý 3

ANOTACE: Tato práce je studií potenciálu úspor energie v průmyslu. Podává přehled o legislativě ve vztahu k hospodaření energií. Zejména o energetickém auditu jako nástroji diagnostiky energetické účinnosti technologických procesů. Shrnuje některé studie z předchozích let. Ze statistik již provedených energetických auditů prezentuje aplikovaná opatření a jejich výsledky a náklady na daná opatření. Pro vysoký potenciál energetických úspor opětovného využití technologického odpadního tepla se dále zabývá tímto opatřením. Závěrem je zpracován energetický audit zadaného průmyslového podniku. ABSTRACT: This work is a case study of energy savings potential in the industry sector. It gives overview of legal requirements of energy usage. It shows energy audit as diagnostic tool for elvaluation of energetic efficiency of technological processes. It sums up previous studies and presents results of already performed energy audits in industry based on common statistics. Due to high energy savings potential deals mainly with reuse of technological waste heat. Finaly is presented energy audit of industrial plant. 4

KLÍČOVÁ SLOVA: energetický audit, účinnost, energetika, využití odpadního tepla KEYWORDS: energy audit, efficiency, energetics, waste heat recovery 5

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE MALÝ, V. Energetický audit v průmyslu. Praha: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická, 2014.78 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Lubomír Musálek. 6

PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce Ing. Lubomíru Musálkovi za cenné připomínky a rady při vypracování diplomové práce. 7

OBSAH 1. ÚVOD... 10 2. ENERGETICKÝ AUDIT A LEGISLATIVA... 10 2.1. Energetický audit... 10 2.2. Legislativa ve vztahu k energetickému auditu...11 2.3. Energetický audit...12 2.4. Náležitosti energetického auditu...12 2.5. Provádění energetického auditu...13 3. POTENCIÁL ÚSPOR ENERGIE V PRŮMYSLU ČR... 16 3.1. Spotřeba energie v jednotlivých podsektorech...16 3.2. Opatření ke zvýšení efektivnosti využití energie v průmyslu...17 3.3. Výsledky analýz potenciálu energetických úspor v průmyslu ČR...18 3.4. Aplikovatelná opatření ke snížení energetické náročnosti...20 3.4.1. Organizační opatření a energetický management... 21 3.4.2. Využití odpadního tepla... 21 3.4.3. Snižování ztrát v pohonech... 22 3.4.4. Zvýšení energetické efektivnosti výroby, distribuce a spotřeby energie... 22 4. ODPADNÍ TEPLO... 24 4.1. Zdroje odpadního tepla...25 4.2. Technologie využití odpadního tepla...27 4.3. Faktory ovlivňující využití odpadního tepla...27 4.3.1. Množství tepla... 27 4.3.2. Kvalita tepla... 28 4.3.3. Maximální teoretická účinnost... 29 4.4. Konvenční technologie pro využití odpadního tepla...29 4.4.1. Tepelné výměníky... 30 4.5. Technologie pro využití nízkopotenciálního odpadního tepla...31 4.5.1. Nízkoteplotní ekonomizéry... 31 4.5.2. Kondenzační jednotky s nepřímím kontaktem... 32 4.5.3. Kondenzační jednotky s přímím kontaktem... 32 4.5.4. Kondenzátory s transportní membránou... 32 4.5.5. Tepelná čerpadla... 32 5. NÁVRH VYUŽITÍ ODPADNÍHO TEPLA V ZADANÉM PODNIKU... 35 6. ZPRÁVA Z ENERGETICKÉHO AUDITU ZADANÉHO PODNIKU... 36 6.1. Identifikační údaje... 39 6.1.1. Zadavatel... 39 6.1.2. Zpracovatel... 39 6.1.3. Předmět energetického auditu... 39 6.2. Popis stávajícího stavu předmětu EA... 40 8

6.2.1. Výčet energeticky významných technologií... 40 6.2.2. Situační plán... 41 6.2.3. Energetické vstupy... 42 6.2.4. Systém zásobování teplem... 42 6.2.5. Systém zásobování elektřinou... 45 6.2.6. Systém zásobování stlačeným vzduchem... 46 6.2.7. Tepelně technické vlastnosti budov... 46 6.2.8. Systém managementu hospodaření s energií... 49 6.3. Vyhodnocení stávajícího stavu předmětu EA... 50 6.3.1. Teplo... 50 6.3.2. Elektřina... 52 6.3.3. Vyhodnocení tepelně technických vlastností konstrukcí... 56 6.4. Návrh a popis opatření ke zvýšení účinnosti využité energie... 57 6.4.1. Beznákladová opatření... 58 6.4.2. Nízkonákladová opatření... 60 6.4.3. Vysokonákladová opatření... 63 6.5. Souhrn hodnocených projektů... 66 6.6. Návrh variant a ekonomické vyhodnocení... 67 6.6.1. Ekologické vyhodnocení... 67 6.6.2. Výsledky vyhodnocení... 68 6.7. Výběr optimální varianty... 69 6.7.2. Výsledky výpočtu ekonomické efektivnosti variant... 71 6.8. Doporučení... 71 6.9. Evidenční list energetického auditu a oprávnění... 72 7. ZÁVĚR... 73 Použitá literatura...75 Seznam obrázků... 76 Seznam tabulek... 76 Seznam příloh... 77 9

1. ÚVOD Nejlevnější a nejekologičtější forma energie je ta, která se nespotřebuje. Přesto stále platí, že globální potřeba energie roste napříč všemi sektory hospodářství. Proto efektivnější využívání energie jak v domácnostech, tak v průmyslu je zřejmým krokem k získání vyšší nezávislosti na omezených zdrojích energie, jako jsou fosilní paliva a to nejen ve formě importovaných komodit. Budovy se na celkové spotřebě energie podílejí zhruba 40 % a stejně tak na emisích CO 2. Tudíž snížení spotřeby energie budov bude klíčovou prioritou. S dnešními technologiemi je možné snížit spotřebu energie v budovách min. o 50%. Tyto obrovské úspory mohou být dosaženy opatřeními, jako jsou energeticky efektivní okna, aplikací izolačních materiálů, inteligentní regulací vytápění, větrání a osvětlení. Průmyslové procesy se na celkové spotřebě energie podílejí zhruba 30%. Optimalizací průmyslových procesů a zařízení lze dosáhnout podstatných snížení spotřeby energie. Řešení pro energetickou optimalizaci průmyslových procesů jsou náplní této práce. Potenciál snížení energetické náročnosti se pro jednotlivé sektory průmyslu liší. Ze statistiky již provedených energetických auditů v průmyslu vyplývá, že časté potenciály ke zvýšení energetické efektivnosti jsou: zavedení energetického managementu, zlepšení energetické efektivnosti výroby a distribuce energie, snížení ztrát v pohonech, implementace moderních svítidel a využití odpadního tepla. Avšak průmyslové podniky nejsou vždy o potenciálu zvýšení energetické účinnosti informované. Provedení energetického auditu (EA) je prvním krokem k identifikaci těchto potenciálů. 2. ENERGETICKÝ AUDIT A LEGISLATIVA 2.1. Energetický audit Energetický audit je definován zákonem č. 406/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů a návaznou vyhláškou č. 480/2012 Sb. Cílem energetického auditu je zhodnotit současný stav užití energií v budovách nebo jiných energetických systémech a identifikovat optimální 10

způsob dosažení energetických úspor z hlediska technického, ekonomického a ekologického.[15] Zpracování energetického auditu je podle zákona č. 406/2000 Sb. povinné za podmínek: (1) Hodnota celkové spotřeby energie, od níž vzniká fyzickým a právnickým osobám povinnost zpracovávat pro své budovy nebo energetická hospodářství energetický audit se, stanoví ve výši 35 000 GJ za rok jako součet za všechny budovy a energetická hospodářství uvedené osoby a týká se pouze jednotlivých budov nebo jednotlivých energetických hospodářství, které mají spotřebu energie vyšší než 700 GJ za rok. (2) Hodnota celkové spotřeby energie, od níž vzniká organizačním složkám státu, organizačním složkám krajů a obcí a příspěvkovým organizacím povinnost zpracovávat pro své budovy nebo energetická hospodářství energetický audit se, stanoví ve výši 1 500 GJ za rok jako součet za všechny budovy a energetická hospodářství uvedené osoby a týká se pouze jednotlivých budov nebo jednotlivých energetických hospodářství, které mají spotřebu energie vyšší než 700 GJ za rok. (3) Pro určení celkové roční spotřeby energie v případě pevných, kapalných a plynných paliv se použije výhřevnost udávaná jejich dodavatelem při obchodním styku.. Energetický audit může zpracovat pouze energetický specialista, který získal osvědčení Ministerstva průmyslu a obchodu ČR a je zapsán v Seznamu energetických specialistů. 2.2. Legislativa ve vztahu k energetickému auditu Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií stanovuje opatření pro zvyšování hospodárnosti využití energie a práva a povinnosti při nakládání s energií a energetickými zdroji. Jako základní koncepce pro efektivní využívání energie určuje Státní energetickou koncepci, územní energetické koncepce a Státní program na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie. Zákon dále stanovuje minimální energetickou účinnost pro výrobu energie, ukazatele pro energetickou náročnost budov, vytápění a přípravu teplé vody a zavádí povinnost provedení energetického auditu pro větší spotřebitele energie a také zpracování průkazů energetické náročnosti budov pro všechny novostavby a opravy větších 11

budov. Elektrospotřebiče jsou podle tohoto zákona povinně označovány energetickými štítky a jejich konstrukce podléhá požadavkům na ekodesign. [15] Související předpisy: Zákon č. 318/2012 Sb. o hospodaření energií v platném znění, vydaný Ministerstvem průmyslu a obchodu s platností od 1. ledna 2013, mění předchozí Zák. č. 406/2006 Sb. Vyhláška č. 480/2012 Sb., o energetickém auditu a energetickém posudku, vydaná Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR s platností od 20. prosince 2012, upravuje předchozí Vyhl. 425/2004 Sb. Vyhláška č. 148/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách, vydaná Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR ze dne 18. června 2007 Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách, vydaná Ministerstvem průmyslu a obchodu ČR ze dne 29. března 2013 Vyhláška MPO č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu Vyhláška MPO č. 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům. 2.3. Energetický audit 2.4. Náležitosti energetického auditu Písemná zpráva energetického auditu je předepsána podle Vyhlášky obsahuje : č. 480/2012 Sb. a 1. hodnocení současné úrovně energetické náročnosti provozovaného energetického hospodářství 12

identifikační údaje popis výchozího stavu zhodnocení výchozího stavu 2. návrh energeticky úsporných opatření ke snížení spotřeby energie posuzovaného energetického hospodářství specifikace energeticky úsporných opatření varianty energeticky úsporných opatření 3. návrh vybrané varianty doporučené k realizaci energeticky úsporných opatření posuzovaného energetického hospodářství ekonomické vyhodnocení vybrané varianty environmentální vyhodnocení vybrané varianty 4. závěrečný posudek výstupy energetického auditu evidenční list energetického auditu 2.5. Provádění energetického auditu Energetický audit je klíčem ke správnému rozhodnutí v oblasti energetického managementu. Při energetickém auditu se sestavuje bilance všech energetických vstupů a jejich využití. EA slouží jak k identifikaci všech toků energie v průmyslovém podniku tak je i efektivním nástrojem k prosazení energetického managementu. Obecně tři největší složky nákladů jsou tvořeny energií (elektrickou a termální), pracovní sílou a materiálovými vstupy. [14] Základním účelem energetického auditu je určit možnosti snížení spotřeby energie na jednotku produktu nebo snížit provozní náklady. Energetický audit je referenční bod pro posouzení a řízení užití energie napříč společností. Přesně ve smyslu hesla co neměříš, nemůžeš zlepšit! Zaměření energetického auditu určuje: druh průmyslu hloubka do jaké je energetický audit požadován velikost požadovaných úspor 13

Druhy energetických auditů můžeme rozdělit na: předběžný audit detailní audit Předběžný audit používá existující nebo jednoduše získatelná data pro: Určení celkové spotřeby Odhad rozsahu možných úspor Určení oblastí pro detailní EA Určení okamžitých beznákladových/nízkonákladových opatření Určení oblastí pro měření a následnou analýzu Detailní energetický audit představuje komplexní plán energetického projektu. Tento druh auditu nabízí nejpřesnější odhady úspor energie a nákladů. Obsahuje přehled výroby a spotřeby energie všech hlavních zdrojů a spotřebičů. Bere v úvahu vzájemné účinky všech opatření, a obsahuje detailní kalkulace navrhovaných úspor energie a nákladů na jejich realizaci. Klíčovým prvkem detailního auditu je energetická bilance. Ta je založena na výčtu spotřebičů energie s přihlédnutím k jejich provozním podmínkám a vyčíslení jejich spotřeby. Takto odhadnutá spotřeba je poté porovnána se známými reálnými náklady. 14

Kriteria auditu Účel auditu Výběr týmu Plán auditu Příprava energetického auditu Příprava kontrolních seznamů Počáteční seznámení s technologií/objekty Sběr dostupných dat Předběžná analýza Kontrola dat a měření Vlastní energetický audit Analýza diagramů spotřeby Benchmarking Identifikace potenciálu energetických úspor Analýza nákladů na opatření a návratností Výstup energetického auditu Post-auditové aktivity Zpráva z auditu s Příprava akčního plánu implementace opatření Implementace akčního plánu Obrázek 1 Postup energetického auditu v průmyslu[14] 15

3. POTENCIÁL ÚSPOR ENERGIE V PRŮMYSLU ČR 3.1. Spotřeba energie v jednotlivých podsektorech Obrázek 2 Spotřeba energie v průmyslových sektorech 2005 [TJ] [10] 16

3.2. Opatření ke zvýšení efektivnosti využití energie v průmyslu Zatímco sektor dopravy a oblast budov vystačí s omezeným počtem energeticky úsporných opatření, která mohou být široce aplikována, zpracovatelský průmysl vyžaduje zaměřit se na opatření specifická pro jednotlivá průmyslová odvětví. Technologie, které jsou společné pro celý průmysl představují pouze část spektra možností úspor energie. [10] [15] Nejběžnější typy energeticky úsporných opatření pro zpracovatelský průmysl, s nejvyšším potenciálem úspor je možno kategorizovat následovně: Organizační opatření a energetický management (organizační opatření, instalace nebo zdokonalení řídicích systémů a systémů monitoringu, systémů pro regulaci zátěže, energetického řízení, apod.) Zlepšení energetické efektivnosti výroby a distribuce tepla (účinné kondenzační kotle, kotle s vysokou účinností, instalace ekonomizérů atd., rekonstrukce rozvodných sítí, oprava netěsností, odvaděče kondenzátu, fázové zpoždění atd.). Snížení tepelných ztrát v průmyslových budovách. vzdušných systémů. Energeticky úsporné osvětlovací soustavy a motorové pohony s vysokou účinností (energeticky účinné elektromotory EEM, regulace elektrických pohonů apod.). Efektivní využití odpadního tepla z technologií. Energeticky efektivní opatření v technologických procesech (základní technologické úpravy, obnova výrobní technologie, změna konfigurace zařízení, decentralizace, optimalizace technologických procesů, recyklace materiálů apod..) Výše uvedené typy opatření zahrnují konkrétní soubory beznákladových a investičních, (nízkonákladových a vysokonákladových) opatření, která jsou pro každé odvětví i konkrétní průmyslový podnik specifické. Průmyslová odvětví s největší konečnou spotřebou, mezi které patří především sektory hutnictví železa a nekovových výrobků, chemické výroby a potravinářského průmyslu, jsou potenciálními sektory s největším absolutním potenciálem úspor. 17

K obnově výrobní technologie za moderní a úspornou dochází především z důvodů modernizace, rozšiřování nebo zavádění nové výroby v podnicích, což je dlouhodobý proces a k realizaci potenciálu úspor dochází pozvolným nárůstem. [12] 3.3. Výsledky analýz potenciálu energetických úspor v průmyslu ČR Celkový ekonomický potenciál ve zpracovatelském průmyslu stanovený v rámci Národní studie energetické efektivnosti pro období 1995 2010 je značný - 26,5 % celkové spotřeby energie. Největší tržní potenciál, a to jak v absolutním, tak i relativním vyjádření, byl nalezen v kategorii zlepšení energetické efektivnosti systémů vytápění, a dále pak ve zlepšení technologických procesů. Ve skupině opatření "tepelná izolace budov" nebyl vzhledem k dlouhodobé návratnosti opatření nalezen žádný tržní potenciál úspor energie. [10] V rámci podkladových analýz pro přípravu Národního programu hospodárného nakládání s energií a využíváním jejích obnovitelných a druhotných zdrojů pro období 2006 2009 byl ekonomicky nadějný potenciál energetických úspor ve zpracovatelném průmyslu odhadnut na cca 3 700 TJ ročně a za celé období cca ve výši 14 830 TJ. [10] [9] V rámci Studie potenciálu úspor energie ve velkých podnicích pro programovací období 2007-2013, zpracované společností ENVIROS, s.r.o. pro MPO byl analyzován potenciál energetických úspor ve velkých podnicích zpracovatelského průmyslu. Potenciál za období 2007-2013 celkem byl pro tento časový horizont stanoven odborným odhadem na cca 12 000 20 000 TJ při uvažování průměrného potenciálu úspor ve výši cca 8%. Celkové náklady na realizaci potenciálu úspor ve zpracovatelském průmyslu, v podnicích nad 250 zaměstnanců byly zhruba odhadnuty na cca 18 44 mld. Kč celkem. [8] [12] Ze Studie možností úspor energie v českém průmyslu, zpracované společností Ekowatt, o. s. pro společnosti Hnutí duha a Greenpeace v roce 2008 vyplývají tři skupiny energeticky úsporných opatření: [10] 18

1. Energetický management, organizační a další beznákladová a nízkonákladová opatření (váha 100%); 2. Energetické úspory v systémech vytápění a klimatizace, výroby a distribuce tepla- zlepšení účinnosti výroby, distribuce tepla, TUV, malá KVET, atd.. (váha 35%); 3. Energetické úspory v průmyslových budovách - zlepšení tepelně technických vlastností budov (váha 15%); 4. Úspory elektrické energie v pohonech, osvětlovacích soustavách, systémech stlačeného vzduchu a chlazení (váha 10%); 5. Využití odpadního tepla, energetické úspory ve výrobních průmyslových technologiích (váha 40%). Dílčí závěry ze zpracovaných studií, především ze Studie možností úspor energie v českém průmyslu, vypracované společností Ekowatt, o.s. jsou: [10] Celkový technický potenciál úspor energie vztažený ke konečné spotřebě energie ve zpracovatelském průmyslu se pohybuje ve výši cca 23% konečné spotřeby energie. Hlavní oblastí realizace úspor s nejlepšími ekonomickými ukazateli jsou především v beznákladových a nízkonákladových opatřeních, mezi které patří hlavně organizační opatření ve výrobě a důsledný energetický management a dále energeticky úsporná opatření v oblasti decentralizované výroby a distribuce tepla a chladu, klimatizace a vytápění. Obě dvě skupiny opatření vykazují srovnatelný potenciál ve výši cca 7,5% celkové konečné spotřeby ve zpracovatelském průmyslu. Nejnižší potenciál v porovnání s celkovou konečnou spotřebou mají opatření související s úsporou elektrické energie (energeticky účinné pohony, systémystlačeného vzduchu, chlazení). Velikost potenciálu úspor vztažená k celkové konečné spotřebě energie v jednotlivých průmyslových podsektorech zhruba odpovídá jejich podílu na konečné spotřebě. Potenciál úspor vztažený ke konečné spotřebě v každém ze sektorů se však liší, nejvyšší je v potravinářském průmyslu (cca 32,5%), dále ve výrobě minerálních produktů (29,9%) a sektorech lehkého průmyslu (papírenství 29,6%,textilní 29%, 19

strojírenství 28,8%). V sektorech těžkého průmyslu jako je chemie a hutnictví je výsledný odhad potenciálu nižší 18,7% resp. 14,9%. 3.4. Aplikovatelná opatření ke snížení energetické náročnosti Ze statistik energetických úspor fondu Phare, který je spravován Československou obchodní bankou a vychází ze skutečných, realizovaných projektů vyplývá, že náklady na dosažení úspory 1 GJ se pohybují mezi 800 až 2000 Kč. [10] Investice jsou vynakládány převážně na následující opatření: Zavedení energetického řízení, spojeného s měřením, sledováním, a pravidelným vyhodnocováním spotřeby a nákladů a realizací nápravných opatření, plně integrovaným do řídící struktury podniku; Rekonstrukce, modernizace nebo výměna starého a zastaralého zařízení za energeticky úsporné zařízení jako jsou kondenzační kotle, kotle s vysokou účinností, instalace ekonomizérů atd.; kondenzátu, kompenzace účiníku; řídicích systémů a monitoringu, systémů pro regulaci zátěže; Energeticky úsporné osvětlovací soustavy a motorové pohony s vysokou účinností; Zlepšení chladírenských, klimatizačních a tlakovzdušných systémů; Využití odpadního tepla; Instalace systémů pro regeneraci tepla, tepelných čerpadel; Kogenerační jednotky, atd. V rámci této kapitoly jsou identifikována opatření aplikovatelná v průmyslu ve většině jeho odvětví. 20

Energeticky úsporná opatření jsou dle nákladů na jejich realizaci rozdělena následovně: mající za cíl především zefektivnění činnosti organizace; - do 0,5 mil. Kč; Vysokonákladová opatření - nad 0,5 mil. Kč, většinou se jedná o desítky mil. Kč.. 3.4.1. Organizační opatření a energetický management Mimo zavedení systému energetického řízení zahrnuji organizační opatření řadu konkrétních energeticky úsporných opatření, především z kategorie beznákladových a nízkonákladových, jako například tato: Omezení chodu zařízení naprázdno, kých procesů, Zlepšení chování spotřebitelů energie. Nastavení korektních smluvních vztahů s dodavateli energie, správné nastavení sjednaných režimů odběru a tarifů apod. 3.4.2. Využití odpadního tepla V průmyslu existuje řada technologií a procesů, kde vzniká velké množství odpadního tepla. Ne vždy je opatření na využití odpadního tepla možné technicky realizovat. Důležitým omezením je i využitelnost odpadního tepla o daném teplotním potenciálu v místě jeho vzniku či nejbližším okolí. Pokud to možné je, lze využít odpadního tepla k ohřevu či předehřevu vzduchu, vody či technologických médií, v případě odpadního tepla o vyšším potenciálu je v některých případech využitelné pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny (např. s využitím ORC technologie). Ve větším detailu je popsáno v kapitole 4. 21

3.4.3. Snižování ztrát v pohonech Elektrické pohony jsou skupinou energetických spotřebičů rozšířenou ve všech průmyslových sektorech. V skupině pohonů jsou k dispozici tato technická opatření pro snižování spotřeby energie: 1. Optimalizace elektrických pohonů. Předimenzovaný výkon elektrických pohonů ve srovnání s jejich skutečným zatížením je stále běžná realita v řadě průmyslových podniků. Náhrada stávajících (předimenzovaných) elektrických pohonů vysoce energeticky efektivními a v kombinaci se správnou údržbou může přinést úsporu elektrické energie na pohony ve výši 20-30 %. Toto opatření patří k opatřením se středně vysokými náklady. [10] 2. Zavedení pohonů s proměnnými otáčkami. Elektronické řídicí systémy pyroelektrické pohony, které se mohou přizpůsobit zatížení změnou otáček motoru mohou ušetřit až 40% elektrické energie na pohony. Použití regulovaných pohonů s frekvenčními měniči je obzvláště vhodné u pohonů čerpadel či ventilátor s proměnným zatížením. Toto opatření je v kategorii opatření s vysokými investičními náklady. 3.4.4. Zvýšení energetické efektivnosti výroby, distribuce a spotřeby energie Opatření pro zvýšení energetické efektivnosti v této oblasti jsou: [8] [12] 1. Efektivnější kotle a záměna paliva. V průmyslu stále existuje, i když v menší míře než v předchozích letech, potenciál náhrady stávajících uhelných kotlů za kotle s vyšší energetickou účinností (zejména fluidní kotle), které mohou současně využívat palivo s nižší kvalitou při nižších dopadech na životní prostředí. Podstatná část potenciálu tohoto opatření již však byla v uplynulých letech realizována v souvislosti se zpřísněnými požadavky na emise ze spalovacích zdrojů. 22

2. Snížení ztrát při distribuci tepla. Opatření zahrnuje zejména doplnění či výměnu tepelné izolace parních a horkovodních rozvodů tepla v průmyslu, případně přechod od parních systému k horkovodním. V případě tepelných izolací rozvodů se jedná se o nízkonákladové opatření s krátkodobou návratností. 3. Zvyšování tepelného potenciálu. V případech, kdy odpadní (druhotné) teplo není k dispozici na požadované teplotě, jeho využití vyžaduje zvyšování tepelného potenciálu. Pro zvýšení tepelného potenciálu je možno využít: tepelné transformátory) - kompresorová, případně i absorpční (někdy označované také jako Organický Rankinův cyklus využitelný i pro výrobu elektrické energie. 4. Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET). Hlavní technologií KVETve velkých průmyslových zdrojích (od jednotek MWe výše) jsou v současné době parní turbíny, v malých a středních zdrojích KVET pak plynové motory (max. do několika jednotek až desítek MWe), v omezené míře pak i další technologie jako systémy KVET s plynovými turbínami v kombinovaném cyklu o elektrickém výkonu nad 50 MWe, točivé parní stroje (řádově jednotky až desítky MWe), systémy ORC (řádově jednotky až desítky MWe) apod. 5. Vysoce energeticky efektivní systémy vytápění. Tato skupina opatření zahrnuje náhradu konvenčních systémů vytápění v průmyslových halách, které jsou zpravidla tvořeny kotlem, distribučním systémem a radiátorem, případně teplovzdušnými jednotkami za vysoce energeticky efektivní zdroje tepla jako jsou plynové tmavé zářiče (sálavé trubice) nebo plynové infrazářiče (světlé zářiče). 23

6. Úspory energie v technologických procesech. Tato skupina zahrnuje širokou škálu energeticky úsporných opatření. Energeticky úsporná opatření v technologických procesech jsou velmi specifická z hlediska technologického a mají vždy přímou vazbu na technologický proces v daném výrobním podniku. Téměř vždy se jedná o vysokonákladová opatření, které není možno ekonomicky hodnotit pouze z hlediska jejich příspěvku ke snížení nákladů na energii. Primárním impulsem k jejich realizaci jsou obvykle požadavky související s výrobou (navýšení, nebo naopak snížení kapacity, zefektivnění technologického procesu, obměna či modifikace technologie, splnění environmentálních požadavků, apod.). 4. ODPADNÍ TEPLO Jak bylo uvedeno, nejrůznější technologické procesy v praxi produkují velká množství dále nevyužívaného odpadního tepla, které je zpravidla odváděno do vlastního okolí. Odpadní teplo vznikající v technologických procesech je možné zpětně získat a využít pro předehřev médií vstupujících do technologických procesů, pro ohřev teplé vody (TUV) nebo k transformaci na jinou formu energie obvykle elektrickou. Dle energetické bilance českého hospodářství z roku 2010 [9] spotřeba energie v průmyslu dosahuje téměř 40%, tedy 410953 TJ. Snahy o zlepšení efektivnosti průmyslových systémů se zaměřují především na snížení energie spotřebovávané výrobním zařízením (kotle, pece, sušící komory, reaktory, odlučovače, motory a čerpadla) nebo na změnu procesu nebo technologie výroby. Přínosným alternativním přístupem ke zlepšení celkové energetické účinnosti je zachycení a opětovné využití odpadního tepla, které se vyskytuje téměř ve všech průmyslových výrobách. Při výrobních procesech je 20-50% vstupní energie nenávratně ztraceno, disipováno v podobě odpadního tepla ve spalinách a vlivem přestupu tepla vedením, prouděním a zářením z horkých ploch jak zařízení tak produktů. V některých případech jako jsou např. Průmyslové pece je možné významně zvýšit účinnost těchto zařízení znovu využitím odpadního tepla. Znovu využité odpadní teplo (VOT) je náhradou nákladně nakupované elektrické energie a paliv. Využité odpadní teplo neprodukuje žádné emise škodlivých plynů. Pro transformaci odpadního tepla na znovu využitelnou energii existuje nespočet technologií. V této práci se 24

budu zabývat zběžně jednotlivými technologiemi, možnostmi jejich využití a překážkami jejich většího rozšíření. Pro úspěšné znovuvyužití odpadního tepla jsou nutné tři základní komponenty. 1) přístupný zdroj odpadního tepla 2) technologie pro opětovné využití tepla 3) využití pro znovu získanou energii Zdroj odpadního tepla (např. spaliny kotlů, teplé plyny z procesních zařízení, voda z chladících věží atp.) Technologie pro opětovné použití odpadního tepla (např. rekuperátor, regenerátor, tepelné čerpadlo aj.) Využití odpadního tepla (předehřev vzduchu pro spalování, vody, výroba elektřiny atp.) Obrázek 3 Pro úspěšné využití odpadního tepla (VOT) musí být splněny tři základní podmínky [16] 4.1. Zdroje odpadního tepla Průzkumy v současnosti rozšířeného využití odpadního tepla ukazují, že je odpadní teplo převážně využíváno z vysokoteplotních zdrojů odpadního tepla. Příležitosti jsou tedy hlavně v optimalizaci existujících systémů, využití odpadního tepla z netekutinových zdrojů a VOT z nízkopotenciálního tepla. Provozované systémy VOT jsou často omezeny teplotními limity a nemohou využívat plný potenciál odpadního tepla. Hlavní omezením je materiál tepelného výměníku a tedy náklady na využití odpadního tepla o nízké teplotě (kondenzace) a vysoké teplotě (koroze, pevnost). Studie vypracovaná pro ministerstvo energetiky USA [16] ukazuje, že zhruba 60% nevyužitého odpadního tepla je tepla nízkoúpotenciálního (pod 230 C). Nízkopotenciální odpadní teplo nemá vysokou tepelnou ani ekonomickou hodnotu v porovnání s teplem vysokopotenciálním. Na druhou stranu je k dispozici ve velkých množstvích a téměř všude. Část odpadního tepla je v současnosti nevyužita z důvodů chemického složení média nesoucího odpadní teplo. Často vysokopotenciální teplo je disipováno do okolí z důvodů jako fouling a koroze. 25

Zdroje odpadního tepla a možnosti jeho využití Teplotní rozsah Vysokoteplotní [>650 C] Středněteplotní [230-650 C] Nízkoteplotní [<230 C] Příklad zdroje Průmyslové pece v metalurgii Průmyslové pece Chemické procesy (výroba vodíku, spalování odpadu) Teplota OT ( C) 900-1650 650-1200 Spaliny parního kotle 230-480 Spaliny plynové turbíny 370-540 Spaliny pístových motorů 320-590 Pece pro tepelné zpracování 430-650 Sušící komory 230-590 Cementářské pece 450-620 Výstupní plyny pecí s instalovanou 70-230 rekuperací Kondenzát procesní páry 50-90 Chladící voda žíhacích pecí 70-230 Chladící voda z kompresorů 30-50 Chladící voda spalovacích motorů 70-120 Kondenzát chladících zařízení 30-40 Sušící, pečící a vytvrzující pece 90-230 Horké produkty 30-230 Výhody Teplo o vysokém potenciálu s možností využití pro výrobu energie s vysokou účinností Kompatibilní se standardními materiály pro tepelné výměníky Výroba energie se střední účinností Existence velkého množství tepla o nízké teplotě v různých procesech Nevýhody Zvýšené nároky na tepelné výměníky/drahé materiály z důvodu: Vysokých teplot Chemické/korozní agresivity Malé procento využití pro nízkopotenciální teplo Nízká účinnost výroby energie V případě VOT ze spalin o nízké teplotě dochází ke kondenzaci a následné korozi tepelného výměníku Typické metody VOT Předehřev spalovacího vzduchu Výroba páry pro procesní ohřev nebo výrobu energie Předehřev materiálu vstupujícího do pece Přenos do středněteplotních a nízkoteplotních procesů Předehřev spalovacího vzduchu Výroba páry pro procesní ohřev nebo ORC pro výrobu energie Předehřev materiálu vstupujícího do pece Přenos do nízkoteplotních procesů Vytápění prostorů Příprava TUV Za použití tepelných čerpadel zvýšení teploty média Tabulka 1 Typické zdroje odpadního tepla a možnosti jejich využití [16] 26

4.2. Technologie využití odpadního tepla Zpětné získání a využití odpadního tepla může být realizováno různými technologiemi. Teplo může být využito ve stejném procesu nebo přeneseno do jiného procesu nebo přeměněno na jiný druh energie. Jeden ze způsobů využití odpadního tepla lokálně je např. využití výfukových plynů nebo spalin k předehřevu vzduchu nasávaného do spalovací komory nebo předehřevu ohřívaného media v průmyslových kotlích. Při předehřevu média vstupujícího do kotle se snižuje množství energie potřebné pro jeho ohřátí na požadovanou teplotu. V tomto případě nahradí získané teplo energii paliva, které se nemusí nakoupit. Tyto metody zpětného získání a využití tepla mohou pomoci průmyslovým podnikům snížit spotřebu a zároveň snížit emise skleníkových plynů. 4.3. Faktory ovlivňující využití odpadního tepla Pro posouzení proveditelnosti VOT je nutné určit zdroj odpadního tepla a tok, kterým bude teplo přeneseno. Důležité parametry, které musí být určeny: množství tepla kvalita tepla složení minimální povolená teplota provozní plány, dostupnost Tyto parametry umožní analýzu množství a kvality tepla a poskytnou představu o možných materiálových a konstrukčních omezeních. Viz. korozivita teplonosného media je velkým omezením i v případě, že ostatní parametry jsou vyhovující. 4.3.1. Množství tepla Množství tepla je míra, která říká kolik energie je obsaženo v toku odpadního tepla, zatímco kvalita tepla je míra využitelnosti odpadního tepla. E m h t (1) Kde E tok energie odpadního tepla, m je hmotnostní tok a h je měrná entalpie jako funkce teploty. 27

Teplosměnná plocha [m2] Přestože je disponibilní množství tepla důležitý parametr, samo není efektivní mírou využitelnosti odpadního tepla. 4.3.2. Kvalita tepla Teplota odpadního tepla je hlavním parametrem při určování jeho využitelnosti. Teploty odpadního tepla se mohou značně lišit např. teplota chladící vody 50 C nebo sklářská tavící pec s teplotami spalin 1300 C. Rozdíl teplot zdroje a spotřebiče ovlivňuje: a) míru na jednotku plochy výměníku, s jakou je teplo přenášeno b) maximální teoretickou účinnost přeměny tepelné energie na energii mechanickou nebo elektrickou Velikost teplosměnné plochy výměníku závisí na teplonosných médiích, koeficientu přestupu tepla daného výměníku a požadované velikosti přestupu tepla podle rovnice: Q UA T (2) Q je velikost přestupu tepla; U je součinitel přestupu tepla; A je velikost teplosměnné plochy; ΔT je teplotní rozdíl mezi teplonosnými médii. 10,0 Vliv teplotního rozdílu na velikost teplosměnné plochy výměníku 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 Rozdíl teplot transportních látek [ C] Obrázek 4 Vliv teplotního rozdílu na velikost teplosměnné plochy výměníku; zobrazeno pro přenášený výkon 1kW a uvažovaný součinitel přestupu tepla U=10W/m2K 28

Účinnost η [-] 4.3.3. Maximální teoretická účinnost Teplotní zdroje na různých teplotách mají různou teoretickou účinnost pro generování výkonu. Maximální účinnost při dané teplotě vyjadřuje Carnotova účinnost, která je definována jako: T T 1 L H (3) kde T H je teplota zdroje odpadního tepla a T L je teplota chladiče. Carnotova účinnost tepelného oběhu 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 Rozdíl teplot zdroje tepla a chadiče [ C] Obrázek 5 Carnotova účinnost tepelného oběhu pro referenční teplotu 25 C Z prezentovaného grafu je zřejmé jakým způsobem ovlivňuje teplota odpadního tepla možnosti jeho dalšího využití. 4.4. Konvenční technologie pro využití odpadního tepla Odpadní teplo může být využito přenosem mezi tekutinami, tj. předehřev spalovacího vzduchu a ohřívaného média, přenosem tepla do taveného materiálu (sklárny), generování mechanického nebo elektrického výkonu nebo využití odpadního tepla tepelným čerpadlem pro vytápění nebo chlazení. V následující části zmíním jednotlivé technologie VOT a poté se zaměřím na možnosti využití nízkopotenciálního tepla. 29

Podle teploty zdroje můžeme rozdělit na aplikace: [16] vysokoteplotní (>650 C) středněteplotní (230-650 C) nízkoteplotní (<230 C) 4.4.1. Tepelné výměníky Tepelné výměníky jsou nejčastěji používány k předehřevu vzduchu vstupujícího do kotle z odváděných spalin. Protože vzduch vstupující do spalovací komory je předehřátý, energie palivem může být nižší. Používány jsou rekuperátory a regenerátory. 4.4.1.1. Rekuperátor Rekuperátory získávají teplo z odcházejících horkých plynů z různých pecí např. žíhacích, tavících atp. Tepelný přenos zajišťuje v rekuperátorech sálání, proudění nebo jejich kombinace. Sálavý přenos je realizován např. dvěma soustřednými trubkami. Horké odpadní plyny procházejí vnitřní trubkou, vnější stěna vnitřní trubky sálá na vnitřní stěnu vnější trubky. Ta ohřívá vstupující vzduch do spalovací komory. Konvektivní nebo trubkový rekuperátor je tvořen trubkami o relativně malém průměru v pouzdře, kterými prochází horké plyny. Vzduch vstupující do spalovací komory proudí okolo trubek a přebírá jejich teplo. Materiály rekuperátorů závisí na jejich aplikaci. Ocel je použitelná do teplot 1000 C. Při aplikacích s vyššími teplotami se používají materiály keramické. Ty mohou pracovat s teplotami cca do 1500 C 4.4.1.2. Regenerátor Regenerátor je tvořen dvěma komorami s velkou tepelnou kapacitou přes které střídavě prochází horký a studený vzduch. Když komorou prochází horký vzduch komoru ohřívá, po určité době se proud vzduchu přesměruje a ohřátou komorou proudí studený vzduch vstupující do spalování. Cyklus se opakuje. Regenerátory jsou vhodné pro vysokoteplotní aplikace se znečišťujícími odpadními plyny. Nevýhodou můžou být jejich velké rozměry a s tím spojené náklady. 30

4.4.1.3. Pasivní předehřívače vzduchu Pasivní předehřívač vzduchu je výměník typu plyn-plyn pro nízkoteplotní a středněteplotní aplikace, kde musí být z důvodů znečištění proudy teplého a studeného plynu odděleny. Tyto výměníky jsou voštinového typu nebo typu tepelné trubice. 4.4.1.4. Trubkový výměník/ Ekonomizér Tepelný výměník s žebrovanými trubkami se často používají k ohřevu kapalin teplem získaným z odpadních plynů, které má nízkou nebo střední teplotu. Aplikace zahrnují předehřev vratné vody, vytápění prostorů, příprava TUV. Žebrovaná trubka je tvořena kruhovou trubkou s navařenými žebry, které maximalizují teplosměnnou plochu a součinitel přestupu tepla. Kapalina proudící trubkami přebírá teplo od plynů proudících okolo žebrovaných trubek. 4.5. Technologie pro využití nízkopotenciálního odpadního tepla V případě spalin, značné množství tepla může být získáno, pokud se schladí pod teplotu kondenzace. Často jsou výměníky navrhovány na minimální pracovní teploty 120-150 C, aby se předcházelo kondenzaci vodních par obsažených ve spalinách a usazování korozivních látek na stěny výměníku. Přesto při zchlazení spalin pod tuto teplotu kondenzace značně zvýší využití odpadního tepla, protože se uvolní také skupenské teplo vypařování. Toto skupenské teplo tvoří význačnou část celkové energie obsažené ve spalinách. Technologie použitelná pro využití nízkopotenciálního tepla zahrnuje nízkoteplotní ekonomizéry, systémy přímé a nepřímé kondenzace a v současnosti vyvíjené kondenzátory s transportní membránou. (Transport Membrane Condenser). [16] 4.5.1. Nízkoteplotní ekonomizéry Jsou to ekonomizéry konstruované na minimální pracovní teplotu cca 65 C. Jde o konstrukce, které umožňují koncovou část trubky výměníku jednoduše vyměňovat nebo je koncová část vyrobena z vysokojakostního materiálu (korozivzdorné oceli) nebo standardní konstrukční ocel s povlakem (např. PTFE). 31

4.5.2. Kondenzační jednotky s nepřímím kontaktem Kondenzační jednotky s nepřímím kontaktem ochlazují horké plyny až na teploty kolem 40 C. To jsou teploty, kdy vodní pára obsažená v plynech zkondenzuje téměř kompletně. Ve své podstatě jsou to trubkové výměníky z korozivzdorných ocelí, skla, PTFE atp. 4.5.3. Kondenzační jednotky s přímím kontaktem V případě kondenzačních jednotek s přímím kontaktem ochlazování probíhá přímím mícháním např. procesní páry a chladící vody. Horké plyny jsou chlazeni shora přivedenou chladící vodou. Ohřátá voda vystupuje z výměníku ve spodní části a odvádí přijmuté teplo. Nevýhodou je v některých případech kontaminace vody látkami obsaženými ve spalinách. 4.5.4. Kondenzátory s transportní membránou Kondenzátory s transportní membránou (Transport Membrane Condensers ) je v současnosti vyvíjená technologie, která je schopná kromě skupenského tepla kondenzace vodních par obsažených ve spalinách vytěžit i tento kondenzát. Takto získaný kondenzát přes membránu není kontaminován - oproti kondenzačním jednotkám s přímím kontaktem. První aplikace byly demonstrovány na při VOT ze spalin kotlů na zemní plyn. [16] 4.5.5. Tepelná čerpadla Výše popsané technologie zajišťují tok energie z vyššího potenciálu na nižší. V případě, že je k dispozici odpadní teplo o nižší teplotě než využitelné teplo např. v jiném procesu, v takovém případě je výhodné využití tepelného čerpadla pro zvýšení potenciálu odpadního tepla na požadovanou úroveň. Tepelná čerpadla absorbují energii ze zdroje tepla o nízké teplotě a vydají teplo o teplotě vyšší za použití vnější energie. Z pohledu využití odpadního tepla můžeme využít dvě koncepce. První představuje zvýšení potenciálu (teploty) odpadního tepla za dodání vnější energie. Druhá představuje využití odpadního tepla k pohonu absorpčního tepelného čerpadla. Zda je zvýšení potenciálu ekonomické závisí především na požadovaném teplotním rozdílu a nákladech na palivo nebo elektrickou energii. V případě, kdy je požadována mírně vyšší teplota oproti teplotě odpadního tepla může být výhodnější použití tepelného čerpadla. 32

Při výběru TČ je nutné vzít v úvahu teplotu odpadního tepla a požadované zvýšení teploty. Typ tepelného čerpadla a chladiva ovlivní teploty, při kterých je může být přijímáno a odevzdáváno, maximální výstupní teplotu a tedy účinnost TČ. Účinnost tepelného čerpadla je tím nižší, čím vyšší je požadované zvýšení teploty. Tepelná čerpadla můžeme rozdělit podle principu zvýšení tepelného potenciálu na: 4.5.5.1. Kompresní TČ Tepelné čerpadlo se skládá z výparníku, kompresoru, kondenzátoru a expanzního ventilu. Ve výparníku je energie přenesena ze zdroje odpadního tepla do chladiva, chladivo je nasáto od kompresoru, kde je stlačeno a je zvýšena jeho teplota. Přehřáté páry chladiva jsou vytlačeny do kondenzátoru a zde je teplo předáno. Poté je chladivo přepuštěno přes expanzní ventil do výparníku. Existují i systémy tzv. otevřené. Ty zvyšují tlak a následně teplotu přímo odpadních plynů. Systém MVR používá mechanickou energii ke zvýšení teploty, kdežto systém TVR používá vstřikování páry o vysoké teplotě. 4.5.5.2. Absorpční TČ Absorpční tepelná čerpadla jsou základním uspořádáním velice podobná kompresorovým s tím rozdílem, že mechanický kompresor je nahrazen absenčním oběhem. Je tedy možné k pohonu chemického kompresoru využít odpadní teplo. 4.5.5.3. Výroba výkonu z odpadního tepla Pro generování výkonu z odpadního tepla se obvykle využívá odpadní teplo vzniklé při spalování, kde je tepelná energie transformována na mechanickou a ta pohání elektrické generátory. Jsou vyvíjeny některé další technologie generování elektrické energie přímo z energie tepelné. Jsou založené např. na termoelektrickém a piezoelektrickém principu. Účinnost přeměny tepelné energie na mechanickou a elektrickou je značně závislá na teplotě zdroje odpadního tepla. Obecně je výroba výkonu z odpadního tepla limitována na středněteplotní zdroje odpadního tepla. Nicméně existují i tepelné oběhy, které mohou být použity pro využití nízkoteplotního tepla. I když účinnost je nízká, vzhledem k velkému množství jinak nevyužitelného nízkopotenciálního tepla mohou mít zajímavou ekonomickou návratnost. Tepelné oběhy pro výrobu výkonu zastupuje především: 33

4.5.5.4. Organický Rankinův cyklus (ORC) Parním Rankinovým oběhem nazýváme oběh, kdy teplo generuje vodní páru, která pohání parní turbínu. Rankinův oběh má nejvyšší účinnost při teplotách zdroje odpadního tepla 340-370 C [16]. Pro nižší teploty se využívá tzv. Organického Rankinova cyklu, kde je pára nahrazena organickou pracovní látkou, která má nižší vypařovací teplotu. To umožňuje pracovat s teplotami odpadního tepla i 70 C. Účinnost takového zařízení je nízká a závisí především na teplotě výparníku a kondenzátoru. ORC najde uplatnění všude tam, kde není dalšího využití pro generované odpadní teplo. 4.5.5.5. Kalinův cyklus Kalinův cyklus je nadstavba Rankinova cyklu s tím rozdílem, že je jako pracovní tekutina použita směs amoniaku a vody. Klíčové je, že poměr amoniaku a vody je možné v průběhu cyklu měnit. To přináší zvýšení termodynamické reverzibility a v kombinaci s možností přizpůsobení teploty vypařování zdroji tepla zlepšení účinnosti. V současnosti nejvyšší účinnosti dosahované při VOT o teplotě 100-200 C. [16] První komerční elektrárna s Kalinovým cyklem byla realizována v roce 1999 ve městě Kashima, Japonsko. Instalovaný výkon 3,5 MW. Zdrojem tepla chladící voda z průmyslového procesu o teplotě 98 C. 34

5. NÁVRH VYUŽITÍ ODPADNÍHO TEPLA V ZADANÉM PODNIKU Technologie zadaného podniku je chlazena vodou. Teplota vody z procesu vystupující je 20 C a teplota vody do procesu vstupující má teplotu 18,8 C. Zadavatelem udaný průtok chladicí vody je 0,02428 m 3 s -1. Měrná tepelná kapacita vody je zadána 4186 Jkg -1 K -1 a hustota 1000 kgm -3. Průměrný výkon odběru elektřiny je 114,8 kw. Procesní vodu o této teplotě je možné využít v kombinaci s tepelným čerpadlem k vytápění výrobních prostorů a ohřevu TUV. Chladící vodu lze chladit a odpadní teplo po zvýšení potenciálu za přispění vnější energie využít pro vytápění a ohřev TUV. Vhodné umístění tepelného čerpadla (TČ) je u výměníků tlakového chlazení hrubotahů. Dnešní typy tepelných čerpadel mohou využít odpadní teplo z technologické vody o teplotě maximálně 20 C a při teplotě výstupní vody 60 C mají topný faktor 3.9. Ze zadaných hodnot průtoku a teplotního rozdílu vychází možný tepelný výkon chladící vody na 121kW. Využitelnost výkonu chladící vody po dobu 3000 hodin/rok je 77kW. Uvažujeme proto TČ o výkonu 100kW. Pro 100 kw topného výkonu čerpadla při teplotě vody na výstupu z výměníku zařízení 20 C ukazuje elektrický příkon a chladicí výkon následující tabulka: Ttop( C) Pel(kW) Pchlad(kW) Ptop(kW) 45 17,5 82,5 100 55 22,7 77,3 100 60 25,6 74,4 100 Tabulka 2 Výkonové parametry tepelného čerpadla 100kW Při stanovení počtu konvektorových jednotek potřebných pro předání výkonu z tepelných čerpadel je třeba počítat, že jednotka, která má při teplotním spádu topné vody 90 C/70 C P výkon P konv, bude mít při spádu 45 C/40 C výkon konv P a při spádu 55 C/50 C výkon konv, 2,7 1,8 hodnoty jsou přibližné. Odhad nákladů na TČ včetně předávacích výměníků a instalace je 1060 tis. Kč. Ekonomické hodnocení bude provedeno v rámci zprávy energetického auditu v kapitole 6. 35

6. ZPRÁVA Z ENERGETICKÉHO AUDITU ZADANÉHO PODNIKU Pro zadaný průmyslový podnik je z dostupných dat zpracována dle vyhl. 480/2012 Sb. zpráva Energetického auditu. 36

ENERGETICKÝ AUDIT PRŮMYSLOVÉHO PODNIKU Datum: 5. 5. 2014 Zpracoval: Vladimír Malý Číslo oprávnění: Ev. Číslo energetického auditu: 37

Obsah energetického auditu 6. ZPRÁVA Z ENERGETICKÉHO AUDITU ZADANÉHO PODNIKU... 36 6.1. Identifikační údaje...39 6.2. Popis stávajícího stavu předmětu EA...40 6.3. Vyhodnocení stávajícího stavu předmětu EA...50 6.4. Návrh a popis opatření ke zvýšení účinnosti využité energie...57 6.5. Souhrn hodnocených projektů...66 6.6. Návrh variant a ekonomické vyhodnocení...67 6.7. Výběr optimální varianty...69 6.8. Doporučení...71 6.9. Evidenční list energetického auditu a oprávnění...72 38

6.1. Identifikační údaje 6.1.1. Zadavatel Název: Zastoupený: PRŮMYSLOVÝ PODNIK Osoba oprávněná k jednání ve věcech technických: Adresa sídla společnosti: tel.: fax: e-mail: IČ: DIČ: Bankovní spojení: Obchodní rejstřík: 6.1.2. Zpracovatel Zpracovatel: Zastoupený: Adresa: Vladimír Malý tel.: fax: e-mail: IČO DIČ Bankovní spojení: Obchodní rejstřík: 6.1.3. Předmět energetického auditu Název: KABELOVNA 39

6.2. Popis stávajícího stavu předmětu EA Předmětem energetického auditu jsou vybrané objekty průmyslového podniku. Areál je tvořen výrobními halami, sklady a dalšími objekty. Společnost vyrábí silové, zabezpečovací a sdělovací kabely pro široké použití. Název budovy Vytápěna Hodnocena v EA (Ano Ne) 1 Kabelovna Ano Ano 2 Opletárna Ano Ano 3 Centrální předávací stanice (kotelna) Ano Ano 4 Výrobní haly Ano Ano 5 Expediční hala Ano Ano Tabulka 3 Seznam budov, které jsou předmětem EA 6.2.1. Výčet energeticky významných technologií V provozu jsou využívány tři druhy energie: teplo, elektřina a tlaková energie stlačeného vzduchu. Teplo slouží k vytápění a ohřevu TUV. Nakupované teplo je z cca 90 % použito k vytápění objektů, z 10 % k centrálnímu ohřevu TUV. Elektřina je spotřebována na osvětlení a ve výrobních technologiích zejména pro pohon obráběcích strojů, pohon čerpadel chlazení a výrobu stlačeného vzduchu v kompresorových stanicích. Stlačený vzduch se používá na ovládání výrobních strojů. Jedna z kompresorových stanic je umístěna v přístavku kabelovny, druhá ve výrobní hale E. 40

6.2.2. Situační plán Obrázek 6 Situační plán 41

6.2.3. Energetické vstupy Nakupované energie jsou teplo a elektrická energie. Společnost nespotřebovává jiná paliva ani jiný druh energie. Položka Jednotky 2009 2010 2011 Průměr Nákup tepla GJ 37 340 40 100 31 873 36 438 Náklady na teplo tis. Kč 12 673 13 772 11 843 12 763 Nákup elektrické energie MWh 17 261 17 952 16 776 17 330 GJ 62 140 64 627 60 394 62 387 Náklady na elektřinu celkem tis. Kč 46 601 48 467 45 292 46 787 - silová elektřina tis. Kč 29 469 31 655 29 498 30 207 Celkem energie GJ 99 480 104 727 92 267 98 825 - náklady tis. Kč 59 274 62 239 57 135 59 549 Tabulka 4 Energetická bilance 6.2.3.1. Vlastní zdroje Průmyslový podnik nedisponuje vlastními zdroji energie. 6.2.4. Systém zásobování teplem Areál průmyslového podniku je zásobován teplem z horkovodu distributora. Odbočka z páteřního rozvodu je přivedena do centrální předávací a výměníkové stanice. Veškeré teplo se spotřebovává na vytápění a ohřev TUV. V předávací stanici je instalován rozdělovač/sběrač otopné vody pro celý areál a zásobníkové ohřívače teplé vody pro centrální ohřev. Množství dodaného tepla je měřeno fakturačním měřidlem v centrální výměníkové stanici. Pomocí podružných měřidel v rámci informačního systému Energis jsou v areálu měřeny dílčí odběry tepla. 42

6.2.4.1. Distribuční systém tepla Z centrální předávací stanice jsou rozvedeny okruhy topné vody do objektových předávacích stanic. Teplovodní rozvody jsou převážně podzemní. Část potrubí je nadzemní. Podzemní rozvody jsou nedostupné, jejich stav je neznámý. Nadzemní potrubí je izolováno minerální vatou a oplechováno. Topné větvě se v objektových předávacích stanicích dělí na topné okruhy uvnitř objektů. 6.2.4.2. Spotřebiče tepla Veškeré teplo se spotřebovává na vytápění a ohřev TUV. Vytápění je teplovodní s nuceným oběhem. Haly jsou vytápěny nástěnnými teplovzdušnými jednotkami, ostatní objekty otopnými tělesy. Ohřev teplé vody pro areál se provádí centrálním ohřevem otopnou vodou v centrální předávací stanici ve dvou zásobníkových ohřívačích o objemu 2500 litrů, odkud je rozvedena po areálu do jednotlivých objektů souběžně s rozvody topné vody. Dodávka tepla je měřena v centrální výměníkové stanici fakturačním měřidlem. Tyto hodnoty odběru tepla naměřené při místních podmínkách přepočítává dodavatel tepla na oblastní výpočtovou teplotu -12 C. Přípojný tepelný příkon areálu je stanoven na 6,038 MW. Obrázek 7 Rozdělení měřené spotřeby 43